浅谈岩石质河床“相对法”液压破碎疏浚的施工工艺

张浩文，黄晨

（江西省航道工程局，江西 南昌 330008）

航道是水运的命脉，保障航道畅通高效对于水运来讲就显得尤为重要。随着江西水运建设步伐的加快，“两横一纵”内河高等级航道网已经形成，赣江已建成六个梯级枢纽，航道通航条件得到了极大提升。赣江龙头山枢纽以下工程航段，自枢纽建成蓄水运行后，受清水下泄冲刷和人为采砂等因素影响，造成下游段河床大幅下切，形成岩石质河床，枯水水位持续下降，航道水深趋浅，枯水水深局部不足，成为本航段主要碍航浅滩。水下岩石质河床的疏浚一般采用先爆破后清渣的施工工艺[1,2]，但是爆破工艺存在着施工安全隐患大、环境污染大、审批周期长等问题，如何按时保质完成水下礁石质河床应急疏浚成了一个难题。

1 工程概况

赣江小港口滩、龙务洲滩航道抢通工程河段起于龙头山枢纽下引航道出口，止于龙务洲尾，全长约20km，现状为天然航道。工程河段上游为已建龙头山枢纽，下游为在建的南昌水利枢纽，本抢通工程主要解决南昌水利枢纽建成前龙头山枢纽至龙务洲河段枯水期通航问题。工程按Ⅲ-（3）级航道标准进行设计，航道尺度为2.2×60×480m（航深×航宽×弯曲半径），工程主要内容为清礁，清礁工程量3.62 万m3，设计边坡1:2，岩石饱和单轴抗压强度最大为13.2Mpa，平均为7.18Mpa，工期2 个月。本工程的难点在于保证岩石质河床挖槽内无浅点。为如期完成抢通任务，项目实施单位江西省航道工程局在本工程主要采用了液压破碎清渣的疏浚的施工方法，较好地完成本次抢通任务，取得了良好的效果，其中采用破碎船和清渣船对向同时施工的“相对法”施工工艺属全国首创。

2 施工工艺原理

岩石质河床“相对法”液压破碎疏浚是利用一艘破碎船和一艘反铲式挖泥船在同一轴线上对向“相对”施工。对施工挖槽分层分条分段施工，在破碎船破碎岩石后，对向的反铲式挖泥船同步清渣，直至一次达到航道设计底标高无浅点。破碎船由反铲式挖泥船的铲斗改装成破碎锤，液压破碎船的工作原理是利用破碎锤直接在礁石质河床上震动，河床在受到破碎锤冲击后先在表面产生裂纹并逐步形成放射性裂纹，最后呈体积破碎状态[3]。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 液压破碎疏浚施工工艺流程

礁石质河床液压破碎施工工艺：测量放样→移船定位→液压破碎锤破碎→反铲清渣→泥驳弃渣→硬式扫床自检→交工，工艺流程图见图1。

图1 工艺流程图

3.2 液压破碎疏浚施工操作要点

3.2.1 测量放样

（1）在施工区域按照规范布设控制网，根据设计图纸把挖槽特征点坐标导入疏浚船定位软件进行船舶定位，船舶定位后要采用GNSS 接收机对定位的准确性复核。

（2）按照一定间距布设施工水尺，水尺设置在便于观测、水流平稳、风浪影响小且不易被船艇碰撞的地方。每组水尺必须由两支或两支以上的水尺组成，相应水尺应有10cm 或20cm 的重合，能满足施工期水位变化读数要求。

3.2.2 移船定位

考虑到破碎船和清渣船均在航道内施工，占用了部分航道，破碎船和清渣船宜采用定位桩定位，减少施工船舶在施工期对航道通航的影响。当施工船接近挖槽起点时放缓船速，待船舶停稳后先探测定位桩处水深，水深满足要求后缓慢放下一个定位桩，逐步将船位调整至开挖区域中心线后再落下另一个定位桩。

两船定于挖槽上游起点，破碎船在上游，清渣船在下游，两船轴线位于同一分条开挖中心线上，间隔约10m。泥驳靠泊于清渣船远离航道一侧，如图2。

图2 两船对向施工图

3.3 液压破碎锤破碎

（1）在进行液压破碎施工前，可根据岩层厚度制定分层分条破碎开挖方案。开挖宽度根据平台船宽和挖槽宽度合理选择，通常采用10m 一条。开挖厚度根据破碎锤尺寸和岩石的类别选择，通常采用20cm—50cm 一层布设，破碎顺水流方向长度一般按2m 一段。

（2）确定分层分条开挖区域后，先将所需施工区域按照孔距 0.5m×0.5m，梅花形布点破碎。需要分层开挖的，在完成2×10m 破碎区域清渣后，立即对该区域进行二次破碎。

（3）开挖时，从容易被破碎的端面开始，将液压破碎锤的钎杆垂直压在河床岩石的打击面上，后开动破碎锤，利用破碎锤的冲击力将岩石击碎。破碎时，始终保持在45°角度范围内操作破碎锤。每击打5min，将破碎锤提出水面，将破碎锤中的水分排出。水下作业时，每2h 给破碎锤的钎杆加注一次黄油，将钢钎压入到下缸体中到位，然后加注黄油[3]。

3.4 反铲清渣

（1）从挖槽上游起点顺流而下清渣，可避免飘石进入疏浚合格挖槽内。

（2）两船定位于同一开挖轴线上。破碎船破碎2×10m 区域后，清渣船立即对该区域清渣。分层开挖时，第一层清渣完成后破碎船立即对该区域进行二次破碎，清渣船同步对该区域清渣，直至达到设计航道底标高。

（3）清渣船清渣完成后，根据下放深度用铲斗平扫河床，当发现河床上有浅点时，破碎船立即对该区域进行二次破碎清渣。

3.5 泥驳弃渣

运输泥驳紧靠清渣船左舷或右舷装料，方向与航道中心线方向平行，由挖泥船直接将疏浚料挖至运输泥驳船内，泥驳装满后，运至指定弃渣点进行卸泥，在装料过程中，挖泥船与运输船均不得越过施工期临时航道边线。

4 质量控制要求及措施

根据《水运工程质量检验标准》(JTS 257-2008)规定：无备淤深度的航道疏浚工程设计底边线以内水域严禁存在浅点，设计底边线以内水域的开挖范围应满足设计要求，开挖断面不应小于设计开挖断面。有备淤深度的航道疏浚工程边缘水域的底质为中、硬底质时不得存在浅点。本工程硬底质河床挖槽设计深度为2.3m，其中航道设计水深2.2m，硬底质河床水深增加值0.1m，无备淤，且为硬底质河床，故需满足设计底边线以内严禁存在浅点的质量要求。为满足质量要求可采取以下措施：

（1）精准计算下放深度，合理控制超深。要勤于观测水尺，随时掌握水位变化情况，计算破碎船和清渣船下放深度，合理控制超深；

（2）分条开挖时要有一定的搭接。受反铲式挖泥船的施工范围限制，一般需要分条开挖，分条施工时候搭接宽度一般不小于2m；

（3）采用硬式扫床自检。交工验收前，施工单位应对挖槽进行自检，自检方式应采用硬式扫床，挖槽内无浅点方可交工。

5 设备选型及工效分析

破碎船的选用根据岩石类别和饱和单轴抗压强度来确定，本工程选用的是55T 反铲改装，破碎锤选用的是直径185mm。清渣船的选取要根据破碎后岩石直径及航道水深确定，本工程采用的斗容量4m3反铲式挖泥船较为合适。一个施工船组包含一艘破碎船、一艘清渣船和2艘泥驳组成，施工功效受岩石类别、饱和单轴抗压强度、岩层厚度等因素影响各不相同，月平均产量约为6000m3-9000m3。

6 施工工艺优缺点

6.1 施工工艺优点

造价低。本施工工艺没有进入到水运工程定额，工程概预算通常做法是用爆破工艺中的转孔工序再加上清渣工序组合而成，造价远低于爆破清渣。根据赣江上几个类似项目中收集到的人材机的消耗情况，也基本契合预算的组成。

绿色环保、安全。本施工工艺是通过物理方式使岩石裂开，不会产生有害气体、化学物质等，相比爆破更加绿色环保、安全。

审批快速。爆破施工手续审批较为严格、繁琐，审批周期长。本工艺无须爆破审批，特别是用于航道维护、应急抢通施工项目时，根据《中华人民共和国航道法》无须办理水上水下施工许可，仅需在海事部门备案，大大缩减了项目工期，提高了工程实施效率，优化了营商环境。

项目工期短。礁石质河床在施工中挖槽内容易形成孤石、飘石，反复清除后仍易存在浅点，若设计水深内仍有残留的礁石浅点，将无法通过硬式扫床验收，对航行船舶也将造成巨大的安全威胁。采用“相对法”施工时，挖槽基本可以一次到位，有效提升施工效率和质量，大幅降低施工成本、缩短施工工期。

6.2 施工工艺缺点及解决措施

本施工工艺缺点是受施工水位及流速影响较大。破碎船和清渣船均采用定位桩定位，当施工断面流速较大时，船舶定位较难，很难开展施工作业。施工水深5m左右为最理想施工水位，当施工水深大于挖机臂长时，破碎船和清渣船均无法作业。解决这一问题可通过选择更大挖机或改装挖机臂长等来解决。

7 结论与建议

岩石质河床疏浚工艺主要有爆破、液压破碎、凿岩、液态二氧化碳破碎等工艺，“相对法”液压破碎施工工艺优化了液压破碎法施工工序，施工工艺较为成熟，具有绿色环保、安全、成本低等优势，运用于内河航道疏浚施工，取得了良好的效果，具有广阔的推广前景。建议水运工程定额编制单位广泛收集材料，制定该工艺的补充定额，为类似项目规范化实施提供依据。